Mise en orbite
La première question à laquelle il faut réfléchir est peut-être de savoir comment ils se mettent en orbite en premier lieu. Essayons une expérience de pensée qui a été suggérée pour la première fois par Sir Isaac Newton lui-même.
Imaginez une montagne à la surface de la Terre qui est si grande que son sommet dépasse l’atmosphère terrestre (elle devrait être environ dix fois plus haute que le mont Everest). Supposons que vous montiez au sommet de cette montagne et que vous lanciez une balle de cricket horizontalement vers l’extérieur. La balle est tirée par la gravité de sorte qu’elle tombe au sol le long d’une trajectoire courbe.
Supposons que vous essayez maintenant beaucoup plus fort et que la balle voyage beaucoup plus loin vers l’extérieur avant de toucher le sol.
Vous rassemblez maintenant toute votre force et réussissez à lancer la balle si vite qu’elle vole vers l’extérieur et, en tombant, sa trajectoire suit la courbure de la Terre. La balle suit cette trajectoire de chute tout autour de la Terre. En fait, vous devez vous esquiver lorsqu’elle arrive après avoir effectué une orbite ! Vous avez réussi à lancer la balle en orbite autour de la Terre de sorte qu’elle est maintenant un satellite terrestre.
Mise en orbite des satellites
La mise en orbite des satellites implique les mêmes types d’actions et d’idées. Tout d’abord, le satellite est placé au sommet d’une énorme fusée qui l’éloigne de la Terre et le fait monter dans l’atmosphère. Une fois qu’il est à la hauteur requise, des poussées latérales de la fusée, juste à la bonne force, sont appliquées pour envoyer le satellite en orbite à la bonne vitesse.
Si le satellite est lancé trop lentement, il tombera sur Terre parce que la traction centripète de la gravité est trop importante. Si le satellite est lancé trop rapidement, il s’échappera de l’orbite terrestre car l’attraction gravitationnelle n’est pas suffisante pour fournir la force centripète nécessaire. Avec une vitesse de lancement correcte, le satellite continue dans son orbite descendante autour de la Terre.
Il s’agit juste de régler la vitesse horizontale du satellite de telle sorte que l’attraction gravitationnelle de la Terre (à la hauteur donnée) le tire sur sa trajectoire orbitale.
Lorsque l’on parle de satellites avec des élèves, il est fort probable que quelqu’un pose la (très bonne) question :
Cas : Mademoiselle, qu’est-ce qui fait avancer le satellite ?
La réponse courte à cette question est :
Professeur : Rien ne le fait avancer, il avance tout seul.
Lorsque le satellite est lancé depuis la fusée porteuse, une poussée de la fusée agit pour le projeter dans la direction souhaitée à la vitesse prescrite. Le point crucial à comprendre ici est que le satellite n’accélère que tant que la poussée de la fusée agit. Une fois le moteur de la fusée éteint, le satellite continue à la vitesse finale atteinte, sans accélérer ni ralentir, et l’attraction gravitationnelle de la Terre le tire continuellement vers et le long de sa trajectoire orbitale. En ce sens, le satellite continue tout simplement à aller lui-même.
Si le satellite se déplaçait dans l’espace vide, il resterait éternellement sur son orbite, aucune force n’agissant pour l’accélérer ou le ralentir. En réalité, les satellites terrestres en orbite basse ne se déplacent pas dans le vide et subissent donc une force de résistance ou une traînée due à la fine atmosphère qu’ils rencontrent. Dans ces circonstances, des poussées occasionnelles de la fusée sont nécessaires pour maintenir le mouvement du satellite, sinon il tombera sur Terre.